BM 활성수를 이용한 대표적인 실험분석자료1. 미세조류의 고효율 배양을 위한 BM 수의 천연킬레이팅제

효과연구- 2006 년 영남대학교 해양과학연구센터 김미경 박사 -

2. BM 활성수를 이용한 축사환경개선시험 - 2006 년 양평군농업기술센터 연구개발담당 백태현 -

3. BM 활성수를 이용한 친환경적 가축생산에 관한 연구 - 2004 년 한경대학교 동물생명자원학과 김창현 교수 -

4. BM 활성수를 응용한 미세조류 배양 연구 -2002 년 영남대학교 해양과학연구센터 김미경 박사 –

5. BM 활성수에 있는 특정 미생물과 식물질병 억제효과- 태국 방콕 차투축 농무부 -

6. 축산폐수 재활용 자원가치 규명- 2006 년 영남대학교 해양과학연구센터 김미경 박사 -

미세조류의 고효율 배양을 위한 BM 수의 천연킬레이팅제 효과연구

- 2006 년 영남대학교 해양과학연구센터 김미경 박사 -

(1) 연구목적 및 시험연구 수행내용 가 . 연구목적 • 미세조류 산업화를 위한 생산단가 절감 • EDTA 대체하여 미세조류 대량생산 효율을 증가 시키는 친환경 천연 킬레이팅제 개발

나 . 시험재료 및 수행내용 • 시험재료 - f/2 : EDTA 첨가 상용배지 - BM 활성수 - 해산미세조류 : Chlorella ovalis, Dunaliella parva • 시험연구 수행내용 - 상용배지 (f/2) 에 BM 활성수를 농도별로 달리 첨가한 배지에 BM 활성수가 EDTA 대체용 천연킬레이팅제로서 기능이 가능한지 분석 - 해산미세조류 (Chlorella ovalis, Dunaliella parva) 의 생산력을 최대화시킬 수 있는 배지조성률 탐색 - BM 활성수가 미세조류의 생리화학적인 특성에 미치 는 영향규명

※ 참고자료

• 킬레이트 : 두 자리 이상의 리간드가 중심 금속원자와 배위 결합하여 고리모양을 이룬 착화합물

• 리간드 : 중심원자에 결합되어 있는 이온 또는 분자의 총칭

• 킬레이팅제 : 유리상태에 있는 금속이온과 결합함으로써 금속이온의 유해한 작용을 없애는 역할

춘천 소양강 농장 BM 활성수 분석결과

부유성입자(SS)

(mg/L)

탁도(NTU)

수소이온농도(pH)

용존산소(DO)

(mg/L)

전기전도도(ds/m)

COD(mg/L)

총질소(T-N)

(mg/L)

총인(T-P)

(mg/L))

원수 578 190 8.49 0.05 13.25 1,560 3,510 74

발효 10일째 149 53.3 6.04 1.16 5.52 500 1,382 43

발효 40일째 22.1 3.21 5.68 11.86 4.1 270 906

15

변화율▼

96.2%▼

98.3%-

▲X 237

▼ 70%

▼ 83%

▼ 75%

▼ 80 %

( 영남대 해양과학연구센터 BMW 분석치 , 2006)

[ 원료 : 돼지뇨 ]

BM 수가 미세조류 생장에 미치는 효과 연구

영천농장 BMW ( 원료 : 돼지뇨 )

경주농장 BMW( 원료 : 우분 )

원수(mg/L)

처리수 (mg/L)

변화율(%)

원수 (mg/L)

처리수 (mg/L)

변화율(%)

TN 662.4 86.4 87( 감 ) 470.4 67.2 86.7( 감 )

TP 121 20 83.5( 감 ) 15.4 1.0 93.5( 감 )

DOC 153.5 162 5.5( 증 ) 26.4 32.1 17.8( 증 )

pH 7.97 3.73 - 7.83 8.47 -

SS 440 32.8 92.5( 감 ) 10 5 50( 감 )

• DOC( 용존유기탄소 ) 의 구성성분 추정

- 미생물 제 2 차 대사산물로 유기산 , 비타민 , 효소 , 호르몬 등

Elements

( 원소 )

Wastewater( 돼지뇨 원수 )

Fermentation for 10 days

( 발효후 10 일째 )

Fermentation for 40 days

( 발효후 40 일째 )

Cu 0.30 (mg kg-1) 0.27 0.23

Fe 2.29 1.36 0.51

Mg 1.48 22.62 18.3

Mn 0 0.10 0.19

Ti 0.16 0.19 0.11

춘천 BM 수의 금속이온 농도 변화

• 결과분석 - 원수가 토양미생물에 의해 발효되는 과정에서 미생물 이 돼지뇨에 포함된 질소나 인 등으로 구성된 유기물 질을 천연킬레이팅제를 비롯한 다른 유기산으로 분해 되는 과정을 거치는 것으로 사료됨- BM 활성수 내에 미세조류의 엽록소 합성을 유도할 수 있는 착이온이 다량 함유된 것이 확인- BM 활성수 내의 Mg 이온 증가는 미세조류가 엽록소 합 성을 용이하게 하는 인자로 작용 하는 것으로 사료됨- 원수보다 다량의 Fe 이온의 감소는 Fe 이온이 미생물 이 생산한 제 2 차 대사산물과 결합 하여 EDTA 의 기능 을 대신하는 천연킬레이팅제 합성에 사용된 것으로 사 료됨

구성요소 저장용량 바닷물 1 리터당 용해량

NaNO3 75 g L-1 1 mL

NaH2PO4․H2O  5 g L-1 1 mL

Na2SiO3․9H2O 30 g L-1 1 mL

f/2 trace metal solution   1 mL

   FeCl3․6H2O 3.15 g L-1  

   Na2EDTA․2H2O 4.36 g L-1  

   CuSO4․5H2O 9.8 g L-1   1 mL

   Na2MoO4․2H2O 6.3 g L-1   1 mL

   ZnSO4․7H2O 22 g L-1   1 mL

   CoCl2․6H2O 10 g L-1   1 mL

   MnCl2․4H2O 180 g L-1   1 mL

f/2 vitamin soultion    0.5 mL

   vitamin B12 (Cyanocobalamin) 1 g L-1 1 mL

   biotin  0.1 g L-1  10 mL

   thiamine HCl 200 mg L-1  

EDTA 를 포함하고 있는 f/2 배지

Media

Division rates and cell densities of microalgae

C. ovalis(k day-1)

Cells mL-1

D. parva(k day-

1)

Cells mL-1

f/2 (control) 0.252,420,00

00.23

1,786,667

f/2+BM3% (E+3) 0.262,576,66

70.28

2,530,000

f/2-Na2EDTA+BM3% (-E+3) 0.216,156,66

70.28

2,886,667

f/2+BM6% (E+6) 0.351,536,66

70.28

2,550,000

f/2-Na2EDTA+BM6% (-E+6) 0.314,343,33

30.29

2,423,333

f/2-E (control) 0.243,590,00

00.26

2,880,000

f/2-Na2EDTA+BM10% (-E+10) 0.214,373,33

30.27

3,583,333

f/2-Na2EDTA+BM20% (-E+20) 0.294,756,66

70.40

7,686,667

f/2-E (control) 0.141,080,00

00.11

2,095,000

f/2-Na2EDTA+BM30% (-E+30) 0.308,660,00

00.21

5,315,000

f/2-Na2EDTA+BM40% (-E+40) 0.3710,020,0

000.20

5,950,000

f/2-Na2EDTA+BM50% (-E+50) 0.4219,980,0

000.35

13,605,000

EDTA 유무와 BM 수의 농도변화에 따른 해산미세조류 (Chlorella ovalis 와 Dunaliella parva) 의 세포분열과 세포밀도 변화 (14 일간

배양 )

[ Chlorella ovalis ] [ Dunaliella parva ]

세포밀도 변화

세포밀도 변화

[ Chlorella ovalis ] [ Dunaliella parva ]

세포밀도 변화

[ Chlorella ovalis ] [ Dunaliella parva ]

• 결과분석 :

- f/2 배지보다 f/2-EDTA+BM50% 배지에서 최고 19 배

(C. ovalis) 와 , 7 배 (D. parva) 의 세포분열 속도가 증가됨

- f/2 상용배지에서 EDTA 가 제거하고 BM 활성수를 50%

추가한 f/2-EDTA+BM50% 배지가 해산미세조류

(Chlorella ovalis, Dunaliella parva) 의 배양최적지로

BM 활성수가 화학합성 EDTA 의 역할을 대신할 수 있다는 결과를 얻음

B

0

5

10

15

20

f/2-E f/2-E+BM30% f/2-E+BM40% f/2-E+BM50%

Media

Chl

a (g

L-1

)

Chlorella ovalis Dunaliella parva

엽록소 a 의 농도 변화

[ Chlorella ovalis ] [ Dunaliella parva ]

• 결과분석 :- 엽록소 a 는 미세조류가 광합성작용을 통해 빛에너지에서

생체에너지로 번환하는 매개체 이며 수계 1 차 생산자로서 수계생태계의 흐름과 수환경의 지표가 된다 .

- D. parva 의 평균세포직경이 C. ovalis 보다 크기 때문에 세포생장률은 낮지만 한 개의 세포 단위면적당 엽록소 a 의 함량이 월등히 증가하였는데 이는 f/2-EDTA+ BM50% 배지에 첨가된 천연킬레이팅제의 조성물질과 Mg 이온이 D. parva 의 엽록소 합성을 증가시킨 것으로 주된 요인으로 작용하였기 때문인 것으로 사료됨

- 해산미세조류 (Chlorella ovalis, Dunaliella parva) 의 엽록소 a 의 최적 합성배지는 EDTA 를 제거하고 50% 의 BM 활성수를 추가한 배지에서 가장 효율성이 뛰어났다 .

B

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

f/2-E f/2-E+BM30% f/2-E+BM40% f/2-E+BM50%

Media

Maxim

al PS

IIqu

antum

yield

s (Fv

/Fm)

470 nm 535 nm 620 nm

광합성 효율 변화

[ Chlorella ovalis ] [ Dunaliella parva ]

• 결과분석 :

- EDTA 의 유무와 BM 활성수의 배지조성률에 따른 두 녹

조류의 파장별 (470nm, 535nm, 620nm) PSⅡ 의

광량지수의 결과를 보면 f/2 배지에 추가되는 화학성분의

킬레이팅제인 NaEDTA 를 제거시키고 BM 활성수를

50% 추가하였을 때 가장 효율성이 높은 배지로 나타났다

• EDTA (ethylenediaminetetra acetic acid )

- 난분해성 화학합성 아미노산 킬레이팅제 - 신장결석의 제거 , 비타민 C 의 산화방지 , 식품의 금속에 의한 변질방지 , 세척제 , 항혈 전제 중금속 이온의 침전 방지제 , 중금속 해독제 , 방부제 등 그 용도가 매우 넓다 .

• EDTA chelation theraphy( 대체의학 ) 에 이용 - 인간의 대사에 필요한 미량의 금속원소 , 효소 등과도 결합하여 그 작용을 저해하여 생체 내 부작용 우려로 천연킬레이팅제 개발이 필요한 실정

- BM 활성수가 미세조류 배지에 반드시 사용되는 EDTA 물질을 대체할 수 있는 물질로 증명

- 화화성분의 킬레이팅제가 가지는 단점을 보완하는 천연킬레이팅 대체 물질로 이용가능

- 미세조류의 산업화와 수질정화 및 대기의 CO2 제어 실용화 기술에 적용가능

- 먹이생물 , 환경 및 생물공학적 생물소재 개발에 적용가능

실 험 결 과

BM 활성수를 이용한 축사환경개선시험

- 2006 년 12 월 양평군농업기술센터 연구개발담당 백태현 –

가 . 공시대상 :

• 칠읍산농장 돈사 380 평 (190 평 /2 동 )

- 양평군 개군면 내리 ( 이경구 농가 )

• 축사 내 악취제거 : 자동고압분무기를 이용 BMW 안개분무 1 일 2회 ( 자동타이머 )

• 파리발생시험 : BMW 처리구와 대조구에 파리를 접종 파리발생 정도 조사

나 . 실험처리 조사내용 : 직경 25㎝×15 ㎝ 용기에 가축사료를 담고 축사 내에서 파리를 접종한 후 BM 활성수 처리구와 일반물 뿌린 대조구를 비교하며 파리발생 정도 조사

다 . 실험결과 및 분석 -1 • BM 활성수의 축사 내 악취감소 효과 돈사에 암모니아 감소효과 측정을 위하여 1 일

2회 각각 5분씩 BM 활성수를 살포한 결과 control 기간에는 31~35ppm 정도였으나 , BM활성수 살포후에는 4~20ppm 으로 유지하여 상당한 감소효과를 나타내었다 .

실험관련 사진

[BMW살포 ] [ 파리 접종 ] [ 파리접종 BMW구 ]

[ 파리접종 대조구 ]

[ 암모니아 체크 ] [ 쾌적한 환경 ]

Table1  BM 활성수 처리에 의한 암모니아 농도변화 (ppm)

Factor controlTreatment

1Treatment 2

BM 활성수 원 액 35 4 6

BM 활성수50% 희석액 30 9 7

BM 활성수 25% 희석액 31 18 20

다 . 실험결과 및 분석 -2

• BM 활성수 살포 후 파리 발생정도 효과

- 25㎝×15㎝의 용기에 돼지사료를 넣고 축사 내에서 파리 산란을 유도하여 발생 정도 체크 .

- 위 용기를 양파망에 감싸두고 실험조건 ( 상온 )에서 성충으로 발육하는 것을 3 회 반복한 결과 BMW 구에는 파리발생이 전혀 없었으며 ,

대조구에는 20마리 이상 구더기 발생 .

– BM 활성수 채취장소 : 양평군농업기술센터 BM플랜트– 분석기관 : 양평군농업기술센터 – 분석일자 : 2009. 7. 01

– 분석결과

• BM 활성수 시료분석결과

성 분 분석성적 성 분 분석성적pH 8.2 K(칼리 ) 66.0%

EC 0.4dS/m Ca(칼슘 ) 34.0%

T-N( 총질소 ) 4.2% Mg(마그네슘 )

14.7%

P205( 인산 ) 22.5% Na( 나트륨 ) 32.6%

• BM 활성수 시료분석결과

성 분 분석성적 성 분 분석성적

NaCl(염분 ) 0.0% pb(납 ) ND

Fe(철 ) 0.3mg/L Cd(카드뮴 ) ND

Cu( 구리 ) 0.0mg/L Mn(망간 ) ND

Ni(니켈 ) ND Mo(몰리브덴 )

ND

Hg( 수은 ) ND Al(알루미늄 ) 0.4mg/L

As( 비소 ) ND Zn( 아연 ) 0.1mg/L

Cr( 크롬 ) ND

• 연구기간 : 2003 년 7 월 ~ 2004 년 6월 • 연구책임자 : 한경대학교 동물생명자원학과 김창현

교수

[BM 활성수 취수 ]

[ 실험실로 운반 ]

미생물 미네랄 처리 ∙ BM 활성수 (BMW) 를

이용한 친환경적 가축생산에 관한 연구

가 . BM 활성수 처리에 의한 돼지 분의 항균력 및 유해

가스발생 (ppm) 에 미치는 영향

• BM 활성수 원액에서 암모니아 가스의 발생량이 감소 , 특히 악취의 대표 유해가스인 황화수소가 다음 표와 같이 BMW 처리구에서 7 일째 급격히 감소 .   처리구 1st day 3rd day 5th day 7th day

황화수소(H2S)

대조구 ( 멸균증류수 ) > 2 > 2 > 2 > 2

BMW 원액 > 2 > 2 > 2 0.50±0.100

BMW 100 배 희석액 > 2 > 2 > 2 0.53±0.208

BMW 500 배 희석액 > 2 > 2 > 2 0.17±0.058

BMW 1000 배 희석액 > 2 > 2 > 2 0.22±0.076

나 . 섬유소분해효소의 활력 및 건물 분해율에 미치는 영향

• 순수한 cellulose 물질인 Whatman No. 1 filter

paper disk 를 탄수화물 기질로 반추위 혼합미생물을 배양 시 BM 활성수 첨가에 의한 건물 분해율이 높은 경향을 보였고 배양액 내 xylanase 의 효소활력이 높은 경향을 보였으며 미생물의 성장률도 BMW

첨가에 의해 영향 받음을 알 수 있었다 .

다 . 연구성과의 파급효과

• BM 활성수의 도입으로 가축 건강개선과 축사내의 환경

개선의 실현 .

• 분뇨로 배설되는 항생제와 환경오염물질 감소로 토양 및 하천의 환경개선

• 생산자와 가축의 쾌적한 환경제공 및 유해가스와 같은 환경오염물질로부터 위해 요소 제거

• 친환경적 고부가가치 축산물생산에 의한 농가 소득 증대 및 국가경쟁력 제고

- 영남대학교 해양과학연구소 김미경 박사 -

가 . 실험방법 및 결과

• 녹조류 생리변화와 결과

-Control : BBM10%

-KEPI:3% BMW

-WW:3% 원수 ( 영천 BM 농장 돈뇨 )

BM 활성수를 응용한 미세조류 배양 연구

배양액에 따른 담수녹조류의 생리생화학적인 상태 비교

배 양액연구내용

Control대조구

BM 활성수 3% 추가KEP I ( 비율 )

세포생장률 k =0.04 k = 0.12 (3 배 )

광합성률 (Fv/Fm) 0.52 0.67 (1.3 배 )

총아미노산 124 336 (2.7 배 )

총엽록소 엽록소 a 엽록소 b

2.44 (mg/g dry wt)0.941.5

3.48 (1.4 배 )2.131.35

베타 - 카로틴크산토필

0 (mg/g dry wt)1.32

0.054.05 (3.1 배 )

지 방 산 630 (mg/g dry wt) 318 (0.5 배 )

배양액에 따른 규조류의 생리생화적인 상태 비교

배 양액연구내용

Control대조구

BM 활성수 3% 추가KEP II( 비율 )

세포생장률 k = 0.14 k = 0.31 (2.21 배 )

광합성률 (Fv/Fm) 0.33 0.71 (2.15 배 )

ATP amounts( 생물에너지양 )

5.52 x 10-14(㎍ /L)

1.15 x 10-13(2.1 배 )

엽록소 a 엽록소 c

0.640.2 (mg/g dry wt)

2.08 (3.25 배 )0.8 (4 배 )

베타카로틴크산토필

0.254.61 (mg/g dry wt)

0.7 (3.5 배 )263 (4.8 배 )

지 방 산 46.70 (mg/g dry wt) 31.89 (0.68 배 )

나 . 연구결론• 미세조류 배양 시 비용 절감 : 노동력 , 배양 유지비 절감 ,

자연친화적 기술• BM 3% 추가한 배양액에서 생장한 미세조류가 일반배 양액보다 생리활성과 생화학 합성이 높게 나타남 : 지방산

이외의 기능성물질 ( 아미노산 , 색소 등 ) 합성률이 최고 500% 증가 .• 기능성을 지닌 생물소재 개발 : 항암제 , 항산화제 , 면역 강화제 , 사료개발 ( 전복 등의 어패류 ).• 축산폐수를 이용한 생물자원 개발의 실용화에 성공 – 제품화 개발 가능

- 태국 방콕 차투축 농무부 -

[ 태국 BM 활성수 생산시설 ]

BM 활성수에 있는 특정 미생물과 식물질병 억제효과

(1) 식물병원균에 대한 미생물의 길항작용 실험

• BM 활성수에서 선별된 박테리아 , 균류 , 방선균의

역병 병원균 및 탄저병 병원균에 대한 길항 작용을

이중 배양법으로 실험하였다 .

• 그 결과 , 11 개의 박테리아 분리균과 2 개의 균류

분리균 , 2 개의 방선균 분리균이 역병병원균을 억제

할 수 있었고 , 10 개의 박테리아 분리균과 3개의 방

선균 분리균은 탄저균 병원균을 억제할 수 있었다 .

( 그림 1) 활 성 수 에 들어 있 는

미생물a. 박테리아 , b. 방선균 , c. 균

( 그림 2) 길항 미생물a. 박테리 아 , b. 균 류 ,  c.방선균

(2) BM 활성수의 식물질병 억제효과

위 자료를 바탕으로 BM 활성수에 들어있는 박테리아

방선균 , 균류가 식물 병원균의 성장을 억제한다는 사실

을 알 수 있다 .

이러한 미생물은 병원균 숙주의 질병감염을 크게 감소시켰다 . 그래서 BM 활성수 식물 질병억제 효과에 대해 다음과 같이 연구 하였다 .

(3) BM 활성수가 역병 병원균과 탄저병 병원균의 성장 , 발달 , 병원성에 미치는 영향

• BMW 와 물의 비율이 1:2~1:5 인 경우에는 듀리언과 흑후추잎의 P. palmivora, P. parasitica 병원성에 있 어서 비율이 1:9 인 경우보다 현저한 차이가 있다는 것을 알 수 있다 . • BMW 와 물의 비율이 1:3 인 경우에는 흑 후추 잎의 P.parasitica 발병을 감소시켜 살균제 (Alleitte) 만큼 좋은 효과를 보였다 . 하지만 다른 처리법은 P.parasitica 발병을 감소 시키지 못했다 . (그림 .5)

( 그림 5) a. 물 ,  b. Alleitte,

c. BM 활성수 d. Best Choice로

처 리 한 흑 후 추 잎의  P.parasitica

( 그림 6) a. 물 ,  b. Alleitte,

c. BM 활성수  d. Best Choice로

처 리 한 듀 리 언 잎 의 P.parasitica

• BMW 와 물의 비율이 1:3 인 경우에는 듀리언 잎의 P.parasitica 발병을 감소 시키고 , 과일과 야채에서 추출한 생물추출물과 물고기에서 추출한 생물추출물 , Best choice, RBI-Plant 보다 좋은 효과를 보였다 . 하지만 살균 제 (Alleitte) 보다는 효과가 적었다 . (그림 .6)• BMW 와 물의 비율이 1:5 인 경우에는 C.gloeosporioides 의 균사체 성장과 분생자 발아를 억제시킬 수 있다 . 또한 이 비율의 경우에는 C.gloeosporioides 의 분생자 생산도 감소시킬 수 있었다 . • BMW 와 물의 비율이 1:5 인 경우에는 망고 잎의 C. gloeosporioides 병원성을 감소시켜 살균제 (Prochloraz) 만큼 좋은 효과를 보였다 .

-영남대 환경문제연구소 해양과학연구센터 김미경 박사 - <2006 년 9월 21 일 >

• 축산폐수를 생물학적 처리기술로 정화한 '생물활성수 (BM:Bacteria Mineral Water)' 에서 미생물의

항생물질과 유사한 기능을 하는 유기물질의 존재를 처음으로

밝혀냄 .

• BM 수를 항진균제 기능을 하는 천연물질로 만드는 연 구 개발에 착수 .

축산폐수 재활용 자원가치 규명

• 현재 BM 수는 민물고기 양식장이나 중국산 수입농산물 등에서 검출돼 문제를 일으켰던 발암의심물질인 ' 말라 카이트그린 ' 등 화학적 항진균제를 대체할 수 있는

천연물질로 BM 수가 활용

• 축산폐수처리의 관리소홀과 축산폐수 정화처리 기술 의 한계 , 처리시설에 대한 관리부족 등으로 바다나 하 천의 부영양화 , 적조현상 , 녹조현상 등을 유발하는 주 오염원인 축산폐수가 친환경 생물자원으로 재활용될 수 있는 길이 열린 것

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